電容式觸摸傳感器設(shè)計(jì)竅門

該設(shè)備的實(shí)現(xiàn)原理圖如圖5所示。

圖5：電容式傳感電路原理圖。

為了實(shí)現(xiàn)電容式傳感和串行通信，該電路采用了賽普拉斯的CY8C21x34系列中的PSoC IC芯片。該芯片包含一組模擬和數(shù)字功能塊，這些功能塊可由存儲于板上閃存中的固件來配置。另一顆芯片負(fù)責(zé)處理RS232的電平移位，以便建立到主機(jī)的通信鏈接，并實(shí)現(xiàn)波特率為115,200的電容式傳感數(shù)據(jù)記錄。四個(gè)電容傳感按鍵的引腳分配在圖5的表中給出。PSoC是通過一個(gè)包含電源、地以及編程引腳SCL和SDA的ISSP接頭來實(shí)現(xiàn)編程的。而通過一個(gè)DB9連接器將電腦與電容式傳感電路板相連。

調(diào)整傳感器

每次調(diào)用上列程序中的調(diào)用函數(shù)CSR_1_Start()時(shí)，均對Button1的電容進(jìn)行測量。原始計(jì)數(shù)值被存儲于CSR_1_iaSwResult[ ]陣列中。用戶模塊還跟蹤一個(gè)用于原始計(jì)數(shù)的基線。每個(gè)按鍵的基線值均為一個(gè)由軟件中的IIR濾波器進(jìn)行周期性計(jì)算的平均原始計(jì)數(shù)值。IIR濾波器的更新速率是可編程的?；€使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)于由于溫度和其它環(huán)境影響而引起的系統(tǒng)中的漂移。開關(guān)差分陣列CSR_1_iaSwDiff[ ]包含消除了基線偏移的原始計(jì)數(shù)值。利用開關(guān)差值來決定按鍵目前的開/關(guān)狀態(tài)。這可使系統(tǒng)的性能保持恒定，即便在基線有可能隨著時(shí)間的推移而發(fā)生漂移的情況下也是如此。圖6顯示了固件中實(shí)現(xiàn)的差分計(jì)數(shù)與按鍵狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移函數(shù)。

圖6：差分計(jì)數(shù)與按鍵狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移函數(shù)。

該轉(zhuǎn)移函數(shù)中的延滯帶來了開關(guān)狀態(tài)之間的快速轉(zhuǎn)換，即使計(jì)數(shù)是有噪聲的情況下也不例外。同時(shí)這還給按鍵帶來了一種反跳功能。低門限被稱為“噪聲門限”，而高門限則被稱為“手指門限”。門限水平的設(shè)定決定了系統(tǒng)的性能。當(dāng)覆蓋層非常厚時(shí)，信噪比很低。在此類系統(tǒng)中設(shè)定門限水平是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，而這恰好是電容式傳感設(shè)計(jì)技巧的一部分。

圖7展示了一個(gè)持續(xù)時(shí)間為3秒的按鍵觸壓操作的理想原始計(jì)數(shù)波形。

圖7：將門限水平繪制在一個(gè)去除了基線的原始計(jì)數(shù)圖上。

噪聲門限被設(shè)定的計(jì)數(shù)值為10，而手指門限設(shè)定的計(jì)數(shù)值則為60。實(shí)際上，在實(shí)際計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)中噪聲分量是始終存在，圖中沒有顯示是為了能清晰地顯示門限水平。

部分調(diào)整過程還包括選擇電流源DAC的電平以及設(shè)置用于計(jì)數(shù)累加的振蕩器周期數(shù)。在固件中，函數(shù)CSR_1_SetDacCurrent(200, 0)把電流源設(shè)定在其低電流范圍內(nèi)，數(shù)值為200(最高255)，大約對應(yīng)于14μA。函數(shù)CSR_1_SetScanSpeed(255)把振蕩器周期數(shù)設(shè)定為253(255－2)。原始計(jì)數(shù)和差分計(jì)數(shù)的分析表明：該系統(tǒng)的寄生引線電容CP約為15pF而手指電容CF約為0.5pF?？梢?，手指電容使總電容產(chǎn)生了約3%的變化。對于每個(gè)按鍵，每個(gè)原始計(jì)數(shù)值的采集所需要的時(shí)間僅為500μs。